地下车库升降平台液压系统设计.docx

1、地下车库升降平台液压系统设计摘要地下车库升降平台是一种能够使车垂直平稳进出地下车库，减少上下坡道占地面积，设计了一种新型地下车库液压升降机，通过由三组钢丝绳滑轮传动、两组链轮链条传动构成的钢索提升系统及单个液压缸间接顶起载车板的传动方式，解决了单个液压缸举升大面积平台受力不均的问题，避开了多缸同步举升大面积平台不同步的弊端，实现了升降高度为液压缸行程两倍的效果；所设计的液压系统成本低，功率利用合理。关键词：地下车库；液压系统；升降机； AbstractUnderground garage lifting platform is a way to make the cai vertical sm

2、ooth out of theunder ground garage ,to reduce the up and down the ramp covers an area of design of a new underground garage ,hydraulic lifts ,through thr e sets rope pulley transmission of two sets of sprocket chain drive lifting steel rope system and a single hydraulic cylinder indirectly from the

3、top of loading plate of the drive to solve a single hydraulic cylinder lifting a large area platform uneven force problems,To avoid amulti-cylinder synchronous lifting the platform of a large area of synchronous drawbacks to achieve the effect of the height of the hydraulic cylinder stroke twice ;th

4、e design of the hydraulic system low cost,the use of reasonable power.Keywords: Underground garage; Hydraulic system; Lifting;一、绪论1.1课题背景，研究目的随着私家车数量剧增，“停车难”已成为困扰中国城市交通及汽车行业发展的主要问题，特别是社区、住宅及办公楼前，出现车辆无序停放，占用人行道、绿地和居民休闲地等现象，造成了城市环境和景观的破坏，严重地影响了人们的正常生活。针对“停车难”问题，城市中出现了立体车库、地下车库以及很多相关停车设施，用以缓解“停车难”的状况。本

5、文介绍一种专为地下车库设计的液压升降机，用以取代地下车库的上下坡道，减少坡道占地面积，节省车库建造土地成本。同时，还可为私家车库提供改装服务，使停放一台车辆变成能停放两台车辆，提高私家车库的利用率。与其他停车设备比较，该液压升降机采用单缸液压驱动，结构简单，价格便宜，运行平稳。对地下汽车库升降平台液压系统进行设计，液压系统由工作制动、安全制动和起重链条三部分组成，工作制动有相互独立的两套，一套工作，一套备用，确保提升机在任何时候都能正常工作。1.2国内外研究现状和发展趋势 随着国民经济的高速发展，我国轿车保有量直线上升。据中国汽车工业协会公稚的数据表明，1997年全国汽车保有量1100万辆，其

6、中轿车400万辆，当年轿车生产量482万辆，微型车生产量382万辆；1998年轿车生产量50万辆，1999年55万辆，2000年57万辆。2002年中国汽车产量达到了325万辆，比上年增长38，全球排位由2001年的第八位上升至第五位。2005年的轿车保有量已达到1108万辆。由于中国加入世贸关税进一步降低，2008年北京奥运及2010年上海世界览会等重大事件的影响，以及国内需求的进一步拉动和“费改税”等政策的驱动，我国的汽车工业仍将具有很大的发展空间并将继续保持快速平稳发展。按前述数据预测，2010年将达到2000万辆。城市中停车位需求按l：12(100的基本停车位和20的公共停车位)计算，

7、将增加停车位480万个，平均每年需求96万个吼因此，停车问题也就逐渐成为大城市迫切需要解决的难题。城市和己建小区有限的地面面积己无法提供足够的停车车位，向空问发展成为当前解决问题的一条重要途径。机械式立体车库具有占地面积小、操作简单、灵活，安全可靠等诸多独特的优点，对于在寸土寸金的大都市建造平面车库具有明显的优点。智能立体车库就应运而生成为城市交通的一个研究热点，国家已把其列入了“九五”重点科技攻关项目之一。机械式立体车库发源于上世纪20年代的美国，是在繁华拥挤的都市里为解决停车难而采取的一种措施。50年代以后，伴随着私人小汽车的大量涌现，在西欧、东南皿、韩国和日本都得到了广泛的应用。形成了一

8、个包括制造、安装、使用和维修的行业体系。其中，发展较早、较好的日本公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等；欧洲有意大利Sotefin、Interpark、德国Palis等。这些国家和公司从上世纪六十年代初就开发并使用可最大限度地利用空间的机械式停车设备，经过几十年的不断发展，机械停车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断地更新换代，日趋完美。我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代，河北承德的华一机械车库集团有限责任公司于1989年建造起国内第一台垂直循环类机械式停车车库，填补了国内机械式停车车库的空白。虽然从二十世纪八十年代就开始研制和使用机械式立体车库，但由于市场需求原因

9、，十多年来缓慢发展。近年来，中国经济腾飞，城市化进程加快，汽车工业和汽车需求市场得到快速发展，汽车保有量的不断增加。然而，城市停车设施的增长却长期落后于车辆的增长。立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道，国内立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。我国立体停车设备的产品经引进技术和自主研究开发，生产技术水平有了很大的提高，许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，如采用交流变频调速系统，使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声。控制形式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采

10、用内藏式，以增大停车空问并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机械结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期；还采用一些新材料、新工艺，如采用“H”型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板制作载车板；安全保护方面采用了声光引导及定位装簧，自动消防灭火系统等。目前品种的满足率已达90左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50以上。目前国内从事立体车库研发的企业已有100余家，其中主机生产的企业有50多家，首批获得国家颁发的立体停车设备制造企业资质的有22家。为适应立体车库行业迅猛发展的需要，保证产品质量和可靠性，以规范立体车库的生产和建设，国家已出台

11、了机械式停车设备类别、型式与基本参数JBT871302一1998等6个标准，对推动我国立体车库事业起到了极大的促进作用。如前所述，目前我国各大城市停车设施的建设仍远远落后道路建设和汽车工业的发展。有资料表明，现有停车数不到总需求的7，远远落后于城市汽车交通的发展，由此将会带来的诸如影响城市形象、汽车消费等一系列社会问题。出现这种现象除了和停车设备行业的发展本身涉及到停车立法、收费政策、城市规划、交通管理等诸多方面困难和阻碍之外，停车设备设计本身存在缺陷，关键问题是自动化技术水平低下；设计制造成本过高而导致的车辆收费过高，收费高成为阻碍其推广使用的主要原因。资料显示，在北京一般地面停车每小时2元

12、，而立体车库为5元。同时在立体车库规范标准中规定车库最难取车的车位，一次取车时间不得超过两分钟，由于我国的技术水平现状，实际上很难达到这样的标准。在土地越来越紧缺的情况下，立体车库是解决城市中停车难问题的必然出路。但若要良性发展，就要解决现存问题。当前，我国设计制造的立体车库大多处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。由此可见研究如何降低立体车库设计制造成本及进一步提高控制系统自动化程度实现快速、准确地存取，具有重大的现实意义。二、地下车库升降平台的总体设计21地下车库的主体结构及工作原理按国家相关标准，机械式停车设备可划分为：升降横移类，代号为SH，

13、是指通过搬运器的垂直升降或水平横移进行移动，实现车辆存取功能的停车设备。垂直循环类，代号为CX；是指车辆搬运器在垂直平面内做连续循环移动，实现车辆存取功能的停车设备；水平循环类，代号为SX；是指车辆搬运器在水平平面内排列成2列或2列以上做连续循环列间转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。多层循环类，代号为Dx；是指车辆搬运器在垂直平面内排列成2层或2层以上做连续移动，两端有升降机构进行循环层间转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。平面移动类，代号为PYI是指存车位与搬运器分布在同一水平面内，通过搬运器在水平面内做往复移动，实现车辆存取功能的停车设备。巷道堆垛类，代号为XD：是指存车位在巷道一边

14、或两边多层分布，通过搬运器在专用巷道内做水平、升降或水平升降复合运行，或与升降搬运器结合，实现车辆存取功能的停车设备。垂直升降类，代号为cs；是指存车位分布在井道周围，通过升降搬运器在专用井道内做升降运行，实现车辆存取功能的停车设备。简易升降类，代号为JSl是指通过单一搬运器的升降、俯仰或二三层搬运器整体升降、俯仰，实现车辆二三层存取功能的停车设备。汽车升降机类代号为QS：是指搬运器运载车辆(或同时运载驾驶员)垂直升降运行进行多层平层对位，从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位，实现车辆存取功能的停车设备。垂直升降类汽车停车库也称为塔式立体停车库，它是通过提升机的升降和装载提升机上的横移机构将车辆

15、或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车库。采用的钢结构框架主要由钢结构框架主要由立柱、横梁、纵梁、电梯升降导轨、小车行走导轨、停车架等部件组成。主要作用是承重和内置几十个停车泊位并安装机械传动。垂直升降类停车设备的工作原理是:用提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位;或是相反，通过横移机构将指定存车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构降到车辆出口处，打开车库门，驾驶员将车辆开走，图2.7是垂直升降类停车库的示意图。图2.1是垂直升降类停车库本文研究的是液压升降系统、行走小车及其横移机构为主体的地下升降立体车库。垂直升降类车库升降系统大都

16、采用机械传动，相比机械传动，采用液压驱动的升降平台动作平稳可靠,速度可调,噪声小,传动装置体积小,价格低,易于自动控制 ,为此，设计了液压驱动的升降平台作为存取辆的工具，其摒弃了老式停车场或停车楼占地面积大、停车数量少、污染严重和停车安全性低等问题，继承和发扬智能立体车库占地少、停放车辆多，便于集中管理、安全可靠等优点，具有结构简单可靠、钢架结构稳定性好、车位的增减方便灵活、造价低、使用方便、车辆存放安全性高、采用液压控制、实现监控管理一体化等特点。还可以根据用户的需要及环境和场地的要求设计不同数量的车位，从几十个车位到上千个车位，可建立在广场、商场、建筑物顶部、地下等场所。电梯式立体车库的主

17、要结构如图21所示。图2.2电梯式立体车库的结构2.1.1液压升降机的工作原理液压升降机共有9个滑轮、3根钢丝绳、2个链轮、2根链条。每根钢丝绳一端固定在载车板一侧，另一端依次绕过支柱上滑轮和下滑轮，然后固定在载车板的另一侧；每根链条一端固定在载车板的一侧，另一端绕过链轮固定在液压缸基座上；链轮通过链轮轴与液压缸柱塞顶端固定在一起；载车板直接与钢丝绳、链条联接。当液压缸伸出时，链轮随柱塞一起向上运动，进而使链条、钢丝绳产生提升力，带动载车板上升，载车板的运动速度为液压缸伸出速度的2倍。液压升降机运载车辆的最大长宽高尺寸为单车位尺寸2 000 mm2 500 mm(高宽)，最大重量为25 t，升

18、降高度为0.55m。选用单个液压缸直接顶起载车板的传动方式，会遇到单个液压缸举升大面积平台受力不均的问题；选用多个液压缸直接顶起载车板的传动方式，会遇到多缸同步举升大面积平台不同步的问题，多收液压缸也会使设计成本增加。因此，设计选用3组钢丝绳滑轮传动、2组链轮链条传动构成液压升降机的钢索提升系统及单个液压缸间接顶起载车板的传动方式来实现载车板的同步提升，解决了单个液压缸举升大面积平台受力不均的问题，避开多缸同步举升大面积平台不同步的问题，同时实现升降高度为液压缸行程二倍的效果。采用液压缸直接顶起载车板的传动方式，需要液压缸行程为0.55m，才能满足要求。设计的升降机以13 rn的液压缸行程获得

19、了0.55 m的升降高度，既减少了液压缸行程又降低了设计成本。图2.3升降机工作原理图2.1.2液压停车设备的安全措施车库设备采用液压升降,其优点:(1)可以大范围调速。(2)使用安全阀,可实现过载保护。(3)液压传动装置重量轻、结构紧凑、惯性小。(4)操作方便,如电液联合控制实现自动化。(5)噪音小、工作平稳。液压传动属柔性传动,安装位置可因地制宜,方便灵活。为了保证车库正常安全运行,采用了以下4项安全措施:(1)采用球式逻辑阀10防止托板坠落,它是利用控制油路油压的变化来改变球阀的位置,实现对油路的通断的控制。（2）油污染的控制。为防止因油污染造成阀泄漏,引起托板的坠落的另一措施是在球式逻

20、辑阀进出口加简易过滤器,净化液压油。(3)为防止因液压缸泄漏而造成托板的坠落,在系统中液压缸附近安装了行程开关,一旦缸内因油压不足产生下降趋势,便自动启动油泵予以增压,保证托板的安全。(4)为防止运行时因管道破裂造成托板坠落的又一措施是将球式逻辑阀安装在液压缸附近,当管道因某种原因破裂时,球式逻辑伐即刻关闭,使缸内压力油不能流出,托板不会因此而坠落,造成砸车事故。2.2地下车库升降平台的运动分析 承重系统沿承重链带负载上升是通过液压油缸进油来推动活塞杆完成举升载车板和汽车上升。构件的下降是通过负载的自重推动活塞主油缸的液压油流入油箱来完成载车板和汽车的下降。2.2.1 上升动作带负荷上升时，主

21、油缸大腔进油，上升时，启动液压泵，电磁换向阀的电磁铁通电，泵输出的液压油流经电磁换向阀的左位、液控单向阀单向节流阀中的单向阀进入柱塞缸底部，液压升降机开始上升，上升到顶部位 置时，拨动行程开关，行程开关发出电信号，使电磁换向阀断电恢复中位，液压泵开始卸荷， 由于液控单向阀的锁紧作用，液压缸被锁定在顶部位置不动。2.2.2 下降动作下降时，电磁换向阀的电磁铁和电磁换向阀的电磁铁通电，泵输出的液压油通过 电磁换向阀的右位，打开液控单向阀的控制油1：3，全部由溢流阀低压溢流回油箱，此时液压升降 机靠载车板重量及汽车重量开始下降，液压缸排出的液压油流经单向节流阀中的节流阀、液控单向阀、电磁换向阀的右位

22、，回到油箱。当液压升降机下降到底部位置时，拨动行程开关，行程开关发出电信号，使电磁换向阀断电恢复中位，液压泵停止工作。至此，液压系统的一个工作过程结 束。三、地下车库升降平台液压系统设计图3.1液压升降平台工作循环图地下车库升降平台上升及下降动作循环如图6所示。单个液压举升缸中共有一个执行元件：主缸。单个液压缸活塞杆举升的重物2.5t,重力负载24500N,重物上升和下降速度为平均3.5 m/min，最大行程1100mm.3.1 设计依据和要求. 液压缸与链轮及承重链的机构直接相联系，对于不同的机构，液压缸的具体用途和工作性能也不同因此设计前要全面的分析和研究，收集和整理必要的原始资料作为设计

23、的依据。3.2工况分析首先根据已知条件，绘制运动部件的速度循环图，如图7所示。然后计算各阶段的外负载并绘制负载图，如图8所示。根据链轮及承重链条的布置形式，举升缸动作速度是平台升降速度的一半，故一级活塞举升速度1.5m/min，二级活塞举升速度2m/min，下降速度1.75m/min图3.2 升降平台速度循环图液压缸所受外负载F 主要有四种类型，即F = Fw + Ff +Fa式中 Fw：工作负载，对于升降平台来说，根据链轮及承重链条的布置形式，举升液压缸承受负载为汽车的重力及平台的重力之和的2倍Fa：运动部件速度变化时的惯性负载；Ff：导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力

24、，此处忽略不计 Fa = （Gv）/ （gt） 式中 g：重力加速度； t：加速或减速时间，一般t = 0.01 0.5s； v：t时间内的速度变化量。 在本例中 Fa = （225000.058）/0.2N =1450NFw=225009.8N=49000N对液压升降平台的工作，主要负载为重力负载。重物质量较大，摩擦负载可忽略不计。上升工作循环中，主缸受到负载如下：启动加速：F =Fa+ Fw=1450N+245002N=50450N同步伸缸举升：F= Fw =49000N空载缩缸：F=0N 根据上述计算结果，列出各工作阶段所受的外负载见下表，并画出如图4所示的负载循环图。表1 上升工作循环

25、各阶段的外负载工作循环外 负 载 F（N）工作循环外 负 载 F（N）启动、加速F=Fa+ Fw50450同步举升F= Fw 49000空载缩缸F = Ffa0图3.3 主缸上升负载循环图下降工作循环中，主缸受到负载如下：空载非同步伸缸：F=0N启动加速：F = FaFw2 =1450-49000=47550N带载同步缩缸：F= Fw2 =49000N表2 下降工作循环各阶段的外负载工作循环外 负 载 F（N）工作循环外 负 载 F（N）空载非同步伸缸F = Ffa0启动加速F= FaFg 47550下降F=Fw2490003.3确定执行元件的主要参数3.3.1初选执行元件工作压力 工作压力P

26、可根据负载大小及机器的类型来根据负载大小表1初步确定，根据实际考虑取液压缸工作压力为P=12MPa表3 按负载选择工作压力负载/ KN50工作压力/MPa0.811.522.53344553.3.2执行元件主要参数的确定计算液压缸内径D和活塞杆直径d.。由负载图知最大负载F为50450N，设计时初步考虑一级活塞外伸时溢流阀不溢流，最大负载50450N；二级活塞外伸时为缸内压力为系统压力，最大负载49000N。单作用液压缸背压为0MPa，液压缸的机械效率cm为0.90，将上述数据代入下式可得： P2A2 =Fmax2/cm=49000N/0.9(1)P1A1=Fmax1/cm=50450N/0.

27、9(2)代入数据,由（1）可解得：D2 =76.0mm，根据一级活塞举升速度和二级活塞举升速度有:A2/A1=v1/v2=1.5/2,可解得D1 =87.4mm查表，将液压缸内径圆整为标准系列直径D1=100mm；D2=80mm活塞杆直径d,按d/D=0.7及查表活塞杆直径系列取d1=60mm。液压缸,按D=125mm保证无杆腔有效工作面积(即中空活塞的面积)为A1=D1/4=3.14100100/4=0.758,液压系统才能正常工作。有杆腔的有效面积A2=D2/4=0.50243.4分析液压系统工况表4 液压缸工作循环中各阶段的压力和流量工作循环工况负载F/N回油腔压力p2 /MPa进油腔压

28、力p1/MPa输入流量 q/(L/min)输入功率P/KW上升启动、加速5045006.43-一级活塞举升4900006.2411.781.23二级活塞举升4900009.7510.051.63下降启动、加速-4755006.23-一级活塞下降-4900009.75 13.262.15二级活塞下降-49000O6.248.750.913.5拟定液压系统该地下车库升降平台液压系统由举升主系统和台面锁定辅助系统构成。主系统额定压力12MPa，额定流量12L/min，负载2.5t。3.5.1确定供油方式该地下车库升降平台工作举升时负载较大，速度较低。而在快进、快退时负载较小，速度较高。从节省能量、减

29、少发热考虑，泵源系统宜选用定量高压齿轮泵供油。主系统采用了单向阀桥式整流回路，以便使举升提缸负载腔始终处于进回油调节状态。3.5.2调速方式的选择 在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据升降工作时对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，决定采用限压定量泵和调速阀组成的回油路节流调速。这种调速回路具有效率高、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负载切削力的能力。3.5.3定位方式的选择 本系统采用三位四通电磁阀来对举升平台进行定位，举升缸大腔进口设置了板式液控单向阀，载车板的上升和下降分别由两个开关来控制。在上升、下降换向动作时，为了避

30、免工作时突然失电而坠下，应采用液控单向阀起保压作用，同时用以防止因高压软管爆裂而造成的下跌事故3.5.4系统安全可靠性拟定液压系统图时，对系统的安全性和可靠性予以足够的重视。为防止过载，安全阀是必不可少的。为了避免垂直运动部件在系统失压情况下自由下落，在回油路中增加了单向阀。在用一个泵供给两个以上执行元件运动时，在系统设计中防止了互相干扰。在系统中合理地配置滤油器，为了其长期工作作重要保证。3.5.5其它升降平台采用单个举升缸驱动，通过链轮和承重链条机构用较短的举升缸获得了大的平台升降高度，可以满足安装空间小和行程较大的要求，结构简单；多组链轮-承重链条有力解决台面尺寸大，液压缸举升受力不均，

31、平台同步提升，液压缸受横向力等问题。举升平台通过锁定台面提高了安全可靠性。并且由于只有一个举升缸，故简化了液压系统，有利于造价，并避开了多缸同步控制问题；缸上升靠液压驱动；下降靠自重，液压泵卸荷，节约能量。3.5.6制定液压系统工作原理图（3）制定系统原理图1.滤油器 2.液压泵 3.电动机 4.安全溢流阀 5.三位四通电磁换向阀 6，7.二位四通电磁换向阀 8液控单向阀 9.多级举升液压缸 10 台面锁定液压缸 11.压力表及其开关 12.节流孔 13.行程开关图3.2升降平台系统原理图液压系统原理图如图所示，系统的执行器为驱动平台升降大的多级液压缸9和平台台面锁定液压缸10；系统采用定量高压齿轮2供应油，系统压力由溢流阀4设定并由压力表11显示；缸9的升降由电磁换向阀5，电池换向阀6液空换向阀8控制，缸9下降时的时间通过调节阀5上的节流孔12的开度实现；缸10的伸缩由电磁换向阀7控制。行程开关13